JP2005268609A - 多層積層型多画素撮像素子及びテレビカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】高感度で高解像力、かつシェーディングが発生しない撮像素子を提供する。さらに、高い光電変換効率を持ち、繰り返し使用時の安定性に優れた撮像素子を提供する。
【解決手段】異なる波長の電磁波を吸収し、光電変換しうる複数の電磁波吸収層、各電磁波吸収層を挟む一対の電極、電荷伝送・電荷読み出し部位、及び該一対の電極の少なくとも一方と電荷伝送・電荷読み出し部位とを連結する複数のコンタクト部位から少なくとも構成される画素ユニットを有する撮像素子であって、画素サイズよりも上記画素ユニットが有する電極の内、両最外側の電極の最外表面間の長さの方が小さい多層積層多画素撮像素子。
【選択図】図４

Description

本発明は、デジタルカメラやカラーテレビ用撮像などに用いる多層積層型多画素撮像素子に関する。特に、高感度でしかも高画素数の多層積層型多画素撮像素子に関する。

１９８２年の電子スチルカメラの市場導入予告以降、とりわけ１９９５年のディジタル・カメラ登場以降、各メーカーによる静止画用撮像素子の開発競争が進んでいる。開発の中心テーマは画素の微細化による高画素数化であり、２１世紀にはいると画素サイズ３μmの撮像素子も実現されるようになった（非特許文献１、１６ページ参照）。

従来のカラー撮像素子の概念図が、特許文献３の「図７」に記載されている。この図に記載されている単板方式においては、光の一部がカラーフィルタで吸収されるために感度が落ちる。例えば赤のフィルタを通過することにより、青と緑をカラーフィルタ内で損失してしまい,最大で1/3の光しか利用されていない。画素の微細化についても、微細化は同じ図におけるカラーフィルタ701の面積を小さくすることに相当する為、感度と相反関係にある。そのため、単板方式では原理的に画素の微細化と必要な感度の確保との両立が困難である。

多層積層型多画素撮像素子の技術構想は、特許文献１に開示されているように古くから提案されている。積層型であれば、光のロスを伴うカラーフィルターが不要となり、かつマイクロレンズなど複雑な工程が不要となり、各色の光利用面積率も高くすることができるため、上記した画素の微細化と感度の相反関係を打開する手段となるというメリットは十分認識されていたが、それを具体化する技術の開発が伴わなかった。
その後、多層積層型の考えは特許文献２に開示されているようにSiの吸収係数の波長依存性を利用した積層受光部によって深さ方向で色の分離を行うというFoveon方式と通称される方法によって具体化された。しかしながら、特許文献２に開示された発明では、感度と色分離性とが背反関係にあっていずれかが不満足になる。

この方式の色分離性を向上させた形態として、特許文献３には有機半導体の受光部とSi基板上の無機半導体感光層とを併用する方式が開示されている。すなわち、特許文献３の明細書の「図１」には、緑色光は第1の受光部で受光し、青色光は第1の受光部を透過した後に第2の受光部で受光し、赤色光は第1及び第2の受光部を通過した後に第3の受光部ににて受光する構成を有する撮像素子が開示されている。
さらに、特許文献４には互いに異なる色光を吸収する多層の有機半導体分子膜型受光エレメントをＳｉ基板上に積層した多層積層型多画素撮像素子も開示されている。

しかしながら電磁波吸収・光電変換部位と電荷転送・読み出し部位と、両部位を連結する複数のコンタクト部位から構成される受光エレメントを積層した画素を基板上に配列して構成された積層型多画素撮像素子では、感度の点では積層しない画素が配列された単板方式に優るとはいえ、依然として高感度化が求められている。かつ光学フィルターによって色光の分離がなされる単版方式に比較すると色の分離が劣り、解像性が不満足になりがちである。また、積層構造なるが故にシェーディングも発生し易くなる。
精細な画像を得るために高画素数化が進行するのに伴って画素サイズは小さくなり、低感度になるので、高感度化に有利な積層型多画素撮像素子でも一層の高感度化と、積層化に伴う上記の画像品質の低下の改善が求められている。

この発明に関連する前記の先行技術と知見には、次の文献がある。
特開昭５８−１０３１６５号公報 米国特許５９６５８７５号公報 特開２００３−３３２５５１号公報 特許第３３１５２１３号公報 米本和也著 CCD/CMOSイメージ・センサの基礎と応用、CQ出版社刊行

本発明は、上記背景に基づいてなされたものであり、したがってその目的は、高感度で高解像力、かつシェーディングが発生しない撮像素子を提供することである。
本発明の更なる目的は、高い光電変換効率を持ち、繰り返し使用時の安定性に優れた撮像素子を提供することである。

本発明は、上記の課題に対して多層の電磁波吸収・光電変換部位と電荷転送・電荷読み取り部位と、両部位を連結する複数のコンタクト部位から構成される多層積層多画素撮像素子において、画素サイズに対して多層の電磁波吸収・光電変換部位の厚みを薄くすることによって達成された。すなわち本発明は下記の構成による。
（１）異なる波長の電磁波を吸収し、光電変換しうる複数の電磁波吸収層、各電磁波吸収層を挟む一対の電極、電荷伝送・電荷読み出し部位、及び該一対の電極の少なくとも一方と電荷伝送・電荷読み出し部位とを連結する複数のコンタクト部位から少なくとも構成される画素ユニットを有する撮像素子であって、画素サイズ（多層の電磁波吸収層の内、最大の面積を与える電磁波吸収層と同じ面積の円相当直径）よりも上記画素ユニットが有する電極の中で両最外側にある電極の最外表面間の長さの方が小さいことを特徴とする多層積層多画素撮像素子。

（２）上記複数の電磁波吸収層のうちの少なくとも一層が、青光、緑光、赤光、紫外光、赤外光、Ｘ線及びγ線のうちのいずれかを吸収し、光電変換することを特徴とする上記（１）に記載の多層積層多画素撮像素子。
（３）上記複数の電磁波吸収層が少なくとも３層の電磁波吸収層を有し、該３層がそれぞれ４００〜５００ｎｍの青光、５００〜６００ｎｍの緑光及び６００〜７００ｎｍの赤光を吸収し、光電変換することを特徴とする上記（１）に記載の多層積層多画素撮像素子。
（４）上記電荷伝送・電荷読み出し部位が、電荷移動度１００cm²／volt・sec以上の半導体であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（５）上記電荷伝送・電荷読み出し部位が、ＣＭＯＳ構造又はＣＣＤ構造を有することを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。

（６）複数のコンタクト部位が金属材料で構成されていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（７）複数のコンタクト部位は、青光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位、緑光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位、及び赤光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位をそれぞれ連結する少なくとも３つのコンタクト部位を含んでいることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（８）画素サイズが、２〜２０μｍである上記（１）〜（７）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（９）撮像素子の画素数が１〜１００Ｍピクセルである上記（１）〜（８）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。

（１０）複数の電磁波吸収層が、全体で、入射する４００〜７００ｎｍの可視光の４０％以上を吸収し、光電変換することを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（１１）複数の電磁波吸収層のうち最大の開口率を有する電磁波吸収層の開口率が７０％以上である上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（１２）複数の電磁波吸収層が、少なくとも青光、青緑光、緑光及び赤光を吸収する４層の電磁波吸収層を含有することを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（１３）青光吸収用電磁波吸収層、緑光吸収用電磁波吸収層及び赤光吸収用電磁波吸収層の少なくともいずれか一つの電磁波吸収層が、二層以上の電磁波吸収層から構成されていることを特徴とする上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（１４）少なくとも一つの電磁波吸収層が、有機化合物膜を有することを特徴とする上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（１５）少なくとも一つの電磁波吸収層が、複数の有機化合物膜を有することを特徴とする上記（１４）に記載の多層積層多画素撮像素子。
（１６）少なくとも一つの電磁波吸収層が、酸化物又はカルコゲナイド半導体と分光増感色素を含有することを特徴とする上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
（１７）少なくとも一つの電磁波吸収層が、無機化合物粒子、無機化合物薄膜、又はそれらの複合体を含有することを特徴とする上記（１）〜（１６）のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。

（１８）上記（１）〜（１７）のいずれかに記載の撮像素子を用いることを特徴とする放送用テレビカメラ。
（１９）光学ローパスフィルタを用いないことを特徴とする上記（１８）に記載の放送用テレビカメラ。
（２０） 前記撮像素子が交換可能であることを特徴とする上記（１８）又は（１９）に記載の放送用テレビカメラ。
（２１） 前記放送用テレビカメラがハイビジョン放送用であることを特徴とする上記（１８）〜（２０）のいずれかに記載の放送用テレビカメラ。
（２２）上記（１）〜（１７）のいずれかに記載の撮像素子を用いることを特徴とするデジタルカメラ。

本発明の特徴は、多層の電磁波吸収・光電変換部位を積層するにも拘らず、該積層厚み（正確には画素ユニットの複数電極中で両最外側にある電極の最外表面間の長さ）を画素サイズよりも薄くしたことであり、このような厚み条件を実現させることによって画素密度が高くても高感度で高解像力、かつシェーディングが発生しない撮像素子が実現できることを見出したことである。
また、画素密度が高密度化されても高い光電変換効率が維持されて、繰り返し使用時の安定性に優れた撮像素子を実現できたことである。
したがって、本発明の優位性は、画素が高密度・小サイズ化されるとともに顕著となり、画素サイズが２−２０ミクロンであれば、高感度で高解像力、かつシェーディングが発生しない撮像素子としてさらに好ましい。また、画素サイズがこの範囲にあれば、高い光電変換効率を持ち、繰り返し使用時の安定性に優れた撮像素子としても更に好ましい。

画素サイズよりも複数層の電磁波吸収・光電変換部位の厚みが薄いことを特徴とする本発明の多層積層多画素撮像素子では、高感度で高解像力、かつシェーディングが発生しない撮像素子を実現することができる。また、高い光電変換効率を持ち、繰り返し使用時の安定性に優れた撮像素子を得ることができる。本発明の上記効果は、撮像素子の画素サイズが２〜２０ミクロンという高密度のときにとくに顕著に発揮される。

本発明において、画素サイズとは、出力画像の構成単位（出力画像の画素）に対応する撮像素子のサイズすなわち一組の積層された電磁波吸収・光電変換部位と電荷読み出し部位とこれらを挟む電極の組で構成された単位素子のサイズを指している。単位素子は多層の電磁波吸収層で構成されているので正確には、それらの電磁波吸収層のうち最大面積の層と同じ面積の円相当直径を指している。また、複数層の電磁波吸収・光電変換部位の厚みとは、正確には画素ユニットの複数電極中で両最外側にある電極の最外表面間の長さを指す。

以下、本発明の態様の説明の便宜のために、典型的なＣＣＤ，背景技術の項で触れた特許文献２（米国特許５９６５８７５号公報）の撮像素子、特許文献３（特開２００３−３３２５５１号公報）の撮像素子を簡単に説明して、それらとの比較の形で本発明の多層積層多画素撮像素子の態様を述べる。

はじめに、汎用ＣＣＤの水平方向の構造を図１に示す。図１の各構成部材名は図の中に記載した。図１において、入射光はＣＣＤの各画素ごとにその最上部に形成されたマイクロレンズによって集光されてカラーフィルターを透して電磁波吸収・光電変換部位（Ｐ＋と書かれたクロスハッチとその下部の縦縞部分であり、ホトダイオードと書かれた矢印がそのサイズを示す）に入射する。入射光はカラーフィルターを透過することによって、色分離が行われて、各色光がホトダイオードに吸収・励起・光電変換されて信号電荷としてホトダイオードに蓄えられる。画素サイズは、図１の下端に１ｐｉｘｅｌと書かれた矢印で示した範囲である。図１から判るようにこのＣＣＤの構造では、利用できる光は、遮光膜の開口部を通過した光に限られるのでマイクロレンズが集光作用を発揮しても画素サイズよりも狭い範囲の光しか利用されないことになる。
フォトダイオードに信号電荷はＶＣＣＤと書かれた電荷読出し・転送部位のｎ＋と書かれた斜線部に一旦蓄えられたのち、電気画像信号として読み出されて転送される。電荷読出し・転送部位は、光の影響を受けないように遮光膜で覆われている。
ここに示した汎用ＣＣＤの問題点は、（１）構造が複雑で製造負荷が大きいこと、（２）光の有効利用率が低く高感度化が困難であること、（３）モザイク構造のため、モアレの発生・ローパスフイルタ・偽信号が出易いこと及び（３）マイクロレンズのため、シェーディングが発生、パッケージ化の負荷が大きいころである。

汎用ＣＣＤの上記の問題点の改良のために積層型の画像素子が特許文献１で提案され、その構想を具体化した１つが特許文献２であるので、次に特許文献２のFoveon型積層型画像素子の構造を図２によって説明する。
図２は、Foveon型の無機半導体の積層型画像素子の画素構造を示す断面図である。図２は、１個の画素を示したもので、Ｓｉ基板上に表面側からｎ，ｐ−ｗｅｌｌ，ｎ−ｗｅｌｌ，ｐ−ｓｕｂと書かれた多層の電磁波（一般に光波）吸収領域の重層構造となっている。この領域に入射した電磁波は、そのエネルギーの高いものから、すなわち光であれば短波長の青光から順次吸収され、赤光が深部側で吸収される。吸収された電磁波は光電変換されて蓄積される。電磁波が光の場合、ｎ領域で吸収された青光に由来する電子は図２右下端の蓄積ダイオードに、ｐ−ｗｅｌｌ領域で吸収された緑光に由来する電子は図２下端中央部の蓄積ダイオードに、ｎ−ｗｅｌｌ領域で吸収された赤光に由来する電子は図２左下端の蓄積ダイオードに蓄積されたのち電気画像信号として転送される。
図２の積層型素子は，積層化によって１画素で多重の電磁波を吸収できる点で高感度化できたが、その反面、電磁波のスペクトル分離が困難であり、そのため再生画像の色が濁っていて画質低下を招く点が問題である。

上記図２の素子の混色を改善したものが特許文献に提案されている。
図３は、無機半導体と有機光電変換体とを用いた本明細書でハイブリッド型と呼ぶ積層型画像素子の画素構造を示す断面図である。図３では、図２に示したＳｉ半導体の積層構造の中の緑光吸収層を省いてＳｉ半導体の表面上に緑吸収性の光電変換性有機色素による感光エレメントに置き換えた構成を取っている。この感光エレメントは、表面側から透明表面保護層、透明導電膜、緑吸収性の光電変換性有機色素分子膜、対抗電極から構成されており、緑光を吸収して、光電変換によって緑光の電気画像信号を発生する。したがって、無機半導体による受光部は、青と赤光を吸収する光電変換層となるので、赤，緑，青の色分離が改善される。
しかしながら、ハイブリッド型の改善効果は認められるが、なおその効果は不十分である。また、有機色素積分子膜を含む電磁波吸収・光電変換部位が設けられているので、素子が有する感光エレメントの総厚みは大きくなっている。

本発明の多層積層多画素撮像素子について説明する。図４は本発明の典型的な多層積層多画素撮像素子の断面図である。図４に示されるように、本発明の多層積層多画素撮像素子は、表面側から透明対向電極、緑，青，赤の各感光ユニット、各ユニット間の絶縁層、下地電極、電荷蓄積ダイオードと電荷転送路を配した信号読出し・転送層から構成されており、この積層構造が図４にＮ−ｓｕｂと記されたＳｉ下地上に設けられている。上記緑，青，赤の各感光ユニットは、それぞれ異なる色光を吸収して光電変換を行なう感光層及び透明電極層の対から構成されている。また、緑，青，赤の各感光ユニットのそれぞれと下地電極の間は電極間コンタクトによって導通可能となっている。各感光層は、有機色素分子の薄膜や、有機色素で分光増感された無機Ｓｉ層などを好ましく用いることができる。また、電荷転送路はＣＣＤやＣＭＯＳの方式が好ましく用いられる。

ここで、電磁波吸収・光電変換部位の厚みとは、前記定義により上記画素ユニットが有する複数の電極の中で両最外側の電極の最外表面間の長さを指しており、図４では最表面の対抗電極の表面から赤感光ユニットの下の下地透明電極までの長さである。また、画素サイズとは図４の緑、赤、青感光層が重層されて画素ユニットの両側仕切り間の距離であり、より正確には多層の電磁波吸収・光電変換部位の内、最大の面積を与える層の面積が同じな円相当直径で表したサイズである。

図５は、上記の本発明の多層積層多画素撮像素子の画素の光電変換部位と信号読み取り・転送部位の構成をさらに具体的に示す斜視図である。図５中の各部材名及びそれぞれの機能はすでに図４などで説明したものと同じである。
本発明の多層積層多画素撮像素子が具備する高感度で高解像力、かつシェーディングが発生しないという特徴は、画素サイズに対して複数層の電磁波吸収・光電変換部位の厚みが薄いことによっていることが判った。
本発明で言う電磁波とは青光・緑光・赤光およびその中間色を含む可視光、極端紫外および紫外光、赤外光および遠赤外光、Ｘ線およびγ線を指す。撮像素子の応用として特に重要なのは、可視光である。この場合、400-500nmの青光・500-600 nmの緑光・600-700 nmの赤光の三色に対する応答が重要であるが、さらに4−６種の波長光（又は電磁波）に応答させることも目的に応じて重要となる。特に好ましいのは、青光・青緑光・緑光・赤光に対して吸収し光電変換させる方式であり、これが忠実な色再現荷とって特に効果が大きい。また少なくとも青光・緑光・赤光のいずれかが二層以上の電磁波吸収・光電変換部位を持つことは、ダイナミックレンジ（撮影ラチチュード）を広げる点で好ましい効果を生み出すことができる。

電荷転送・読み出し部位は電荷の移動度が100cm²／volt・sec以上であることが必要であり、この移動度は、材料をＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族の半導体から選択することによって得ることができる。その中でも微細化技術が進んでいることと、低コストであることからシリコン半導体（Ｓｉ半導体共記す）が好ましい。電荷転送・電荷読み出しの方式は数多く提案されているが、何れの方式でも良い。特に好ましい方式はCMOS型あるいはCCD型のデバイスである。更に本発明の場合、CMOS型の方が高速読み出し、画素加算、部分読み出し、消費電力などの点で好ましいことが多い。デバイスのチップサイズは、ブローニーサイズ、135サイズ、APSサイズ、１／1.8インチ、さらに小型のサイズでも選択することができる。

電磁波吸収・光電変換部位と電荷転送・読み出し部位を連結する複数のコンタクト部位はいずれの金属で連結してもよいが、銅、アルミ、銀、金、クロムの中から選択するのが好ましく、特に銅が好ましい。図４及び図５に示されるように、複数の電磁波吸収・光電変換部位に応じて、それぞれのコンタクト部位を電荷転送・読み出し部位との間に設置する必要がある。青・緑・赤光の複数感光ユニットの積層構造を採る場合、青光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位の間、緑光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位の間および赤光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位の間をそれぞれ連結する必要がある。

すでに前記したように、本発明の多層積層多画素撮像素子の画素サイズは複数の電磁波吸収・光電変換部位の最大面積に相当する円相当直径で表す。本発明で規定した画素サイズと電磁波吸収・光電変換部位の上下電極間の厚み関係が満たされる限り、いずれの画素サイズであっても本発明の効果が発現されるが、２−２０ミクロンの画素サイズが好ましい。さらに好ましくは２−１０ミクロンであるが、３−８ミクロンが特に好ましい。
画素サイズが２０ミクロンを超えると発明の効果が減少し、画素サイズが２ミクロンよりも小さければサイズ間の電波干渉のためか解像力が低下する。
電磁波吸収・光電変換部位の厚みは、好ましくは１−１９ミクロンである。

本発明の画素サイズ対電磁波吸収・光電変換部位の上下電極間厚み比の要件が満たされることによる効果はチップサイズにも依存するが、１−１００Ｍピクセルの高解像力撮像素子に応用する場合に効果を発現しやすい。さらに実用的には３−３０Ｍピクセルが好ましく、５−１０Ｍピクセルが特に好ましい。

電磁波吸収・光電変換部位は400-700nmの入射する可視光を効果的に吸収することが必要であり、4800Kの色温度の光を入射させた場合、積分吸収として４０％以上吸収することが好ましく、更に６０％以上、特には７０％以上吸収することが好ましい。
電磁波吸収・光電変換部位は開口率が７０%以上、更には８０％以上、特には９０％以上であることが好ましい。

本発明の電磁波吸収・光電変換部位には種々の材料及び方式を採用することが出来る。好ましい材料及び方式としては、ｉ）有機薄膜方式、ii）有機・無機ハイブリッド方式およびiii）無機粒子・薄膜方式から選択することができる。
これらの方式では、上記材料の電磁波吸収・光電変換層を少なくとも一つの光透過性電極で挟んだ形態であり、更に光電変換を促進するために光透過性電極に電場を加えることは特に好ましい。光透過性電極として、ITO、ATOなどのインジウム・錫・アンチモンなどの酸化物、銀・銅・金・アルミなどの非常に薄い金属薄膜、あるいは金属のメッシュ電極などから選択することが出来る。

ｉ）有機薄膜方式
有機薄膜方式は、可視光に吸収を持ち、かつ光電変換性（光励起して電子・正孔対を生じる）の有機半導体の中から選択することが好ましい。有機薄膜の厚みは、化合物の吸収係数に依存するが、３０分子層から３００分子層程度が、光吸収と光電変換効率の観点から好ましい。また有機薄膜の電荷の移動度は１０^−５cm²／v・s以上でかつ暗電導度が少ないものから選択するのが好ましい、特に１０^−４cm²／v・s以上のものが好ましい。

電磁波吸収・光電変換部位の動作原理について説明する。図６は、有機薄膜方式の電磁波吸収・光電変換部位の中でも典型的な有機色素分子薄膜・アクセプター層（又はドナー層）型の感光ユニットの動作原理を模式的に示す図である。感光ユニットに用いられている各部材などは図中に記載した。

感光ユニットは、図６左側に示すように感光性分子膜（図６のＰ型層）と、アクセプタ性分子膜（図６のｎ型層）とから構成される素子構造をとり、図６の右側のバンド構造図で示すように画素中の感光性分子膜に光が照射されると、感光性分子が光励起されて感光性分子膜中に電子正孔対（キャリア対）を生じさせることができる。この時、励起された電子はアクセプタ性分子膜に遷移する。遷移した光電子は、電子又は電位の画像信号として読取り・転送回路に転送される。

また、受光エレメントの構成がアクセプター性分子膜の代わりにドナー性分子膜（図６のｐ型層）である場合は、画素中の感光性分子（図６のｎ型層）に光を照射することによって、正孔はドナー性分子に遷移する。図６の感光層・アクセプター層の電子移動関係が、感光層・ドナー層では逆になるが、その点を別にすれば作用機構は同じである。

各感光ユニットを構成する好ましい感光性分子膜は、青光吸収性分子膜としては、例えばクマリン６をバインダーポリマーのＰＨＰＰＳに分散させた分子膜であり、その内部量子効率は約１％である。緑光吸収性分子膜としては、例えばローダミン６ＧをバインダーポリマーのＰＭＰＳに分散させた分子膜であり、その内部量子効率も約１％である。また、赤感光性分子膜としては例えば赤光励起性の有機色素と電子輸送層又は正孔輸送層の組み合わせであり、電子輸送層としてはＡｌＱ_３，正孔輸送層としてはＺｎフタロシアニンによって構成されて、その内部量子効率は約２０％である。

電磁波吸収のスペクトルの調整および電荷分離の促進のため、複数の有機化合物からなる電磁波吸収・光電変換部位を構成させることは好ましい。代表的な例は、ｐ−型の有機化合物とｎ−型の有機化合物を二層以上の複合多層化する方法、あるいは両者の混合層を設ける方式があるが、目的に応じて選択することが出来る。さらに有機化合物の多層膜を作成する場合、有機化合物の自己組織化を伴う配列の秩序化が本発明に対して大変好ましい。

ii）有機・無機ハイブリッド方式
有機・無機ハイブリッド方式の電磁波吸収・光電変換部位は、TiO_２、ZnO、SnO_２、ZnS、CdS、ZnSe、CdSeなどの酸化物、硫化物、およびそれらの混晶から基板を選択することができる。基板はナノ粒子の集合体、焼結体、薄膜、細孔を施した薄膜、それらの混合体から出来るだけ被表面積が大きい材料を選択することが好ましい。これらの表面を利用して分光増感型の色素を吸着させる必要がある。分光増感型の色素として、写真工業、電子写真、色増感太陽電池などで知られている種々の色素を選択することが出来る。
好ましい色素としては、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素（ゼロメチンメロシアニン（シンプルメロシアニン）を含む）、３核メロシアニン色素、４核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、インジゴ色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素、３核メロシアニン色素、４核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素及びアザメチン色素などのメチン色素が挙げられる。

感光性ユニットは、単層色素／無機基板分光増感型の構成であってもよい。図７は、単層色素／無機基板分光増感型の感光ユニットの構成と動作原理を模式的に示した図である。各構成部材名とそれぞれの作用・機能は図中に記載した。
図７左側の感光性ユニットの構成概略図において、感光性色素を粒子表面に吸着したチタニア（酸化チタン）が導電性膜上に配されて感光層を形成している。透明ガラス板を透して光の照射が行われると感光性色素は分光増感波長域の光を吸収して励起されて電子とホールの組を形成し、次いで励起電子はチタニア粒子に受容される。電子はさらに導電膜へ読み出されて画像電気信号の形で転送される。
電荷分離を促進するために、正孔輸送を促進するメディエーターを併用してもよいしい。メディエーターとしては水溶性レドックス、ゲル状のレドックス、あるいは固体レドックスが選択できるが、本発明に対して固体レドックスが好ましく、特にＣｕＩ系のレドックスは好ましい。

iii）無機粒子・薄膜方式
無機粒子・薄膜方式の電磁波吸収・光電変換部位は、可視光を吸収する無機化合物を選択する必要がある。それらの例として、カルコゲナイド元素及びその化合物、酸化物、ＩＩＩ−Ｖ族元素とその酸化物などがある。代表的なものとしてCdSe、CdSなどがある。無機化合物の微粒子の集合体、焼結体、薄膜は電磁波吸収・光電変換部位として好ましい。また目的の可視吸収を持つ無機化合物と持たない化合物を複合化した材料も有用であり、可視吸収微粒子を他方で分散した形態、あるいは両者が層状をなす形態など種々のものから選択できる。無機微粒子化合物のサイズとサイズ分布を制御することにより、ナノ粒子の量子ドット効果を利用した吸収スペクトルの調整法は本発明に対して非常に好ましい。その一例として、ＣｄＳｅのナノサイズ粒子は粒子サイズにより吸収スペクトルが調整でき、例えば、２nm前後で青光吸収を、５nm前後で緑光吸収を、８nm前後で赤光吸収を持たせることが出来る。従って、サイズとサイズ分を調整することにより、好ましいスペクトル作成することが可能となり本発明に対して好ましい。

＜多画素画像素子の製造と使用素材＞
上記の複数層の電磁波吸収・光電変換部位が積層された多画素撮像素子の各層構成材料及び製造プロセスについてさらに説明する。
多画素撮像素子は、例えば図8を用いて後述する製造プロセスにて、作成したい画像素子の画素サイズに対して、塗設する各感色性層、電極層に使用する各要素の塗設量を調節し、その厚みを画素サイズよりも小さくする事により本発明の撮像素子を得ることが出来る。その各要素および各要素の作成方法について、以下に説明する。

本発明においては、多層の電磁波吸収・光電変換部位に光透過性電極を用いることが好ましく、その例としてはITO、ATOなどのインジウム・錫・アンチモンなどの酸化物、銀・銅・金・アルミなどの非常に薄い金属薄膜、あるいは金属のメッシュ電極などから選択することが出来る。
その形成方法としては、レーザアブレ-ジョン法，スパッタ法などで形成できる。

有機薄膜方式において可視光に吸収を有する化合物としては、いかなるものを用いても良いが、好ましくは、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素（ゼロメチンメロシアニン（シンプルメロシアニン）を含む）、３核メロシアニン色素、４核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、インジゴ色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素が挙げられる。

本発明の目的の一つである、カラーイメージセンサーとして用いるためには、吸収波長の調整の自由度の高い、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素、３核メロシアニン色素、４核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素などのメチン色素を好ましく用いることができる。さらに好ましくはメロシアニン色素、３核メロシアニン色素、４核メロシアニン色素であり、さらに好ましくはメロシアニン色素である。

これらのメチン色素の詳細については、下記の色素文献に記載されている。
エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズーシアニンダイズ・アンド・リレィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cyanine Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社、ニューヨーク、ロンドン、１９６４年刊、
デー・エム・スターマー(D.M.Sturmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズースペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイクリック・ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Special topics in heterocyclic chemistry)」、第１８章、第１４節、第４８２から５１５頁、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons) 社、ニューヨーク、ロンドン、１９７７年刊、
「ロッズ・ケミストリー・オブ・カーボン・コンパウンズ(Rodd's Chemistry of Carbon Compounds)」2nd.Ed.vol.IV,partB,１９７７刊、第１５章、第３６９から４２２頁、エルセビア・サイエンス・パブリック・カンパニー・インク(Elsevier Science Publishing Company Inc.)社刊、ニューヨーク、など。

さらに、リサーチ・ディスクロージャ（ＲＤ）１７６４３の２３〜２４頁、ＲＤ１８７１６の６４８頁右欄〜６４９頁右欄、ＲＤ３０８１１９の９９６頁右欄〜９９８頁右欄、欧州特許第０５６５０９６Ａ１号の第６５頁７〜１０行、に記載されているものを好ましく用いることができる。また、米国特許第５，７４７，２３６号（特に第３０〜３９頁）、米国特許第５，９９４，０５１号（特に第３２〜４３頁）、米国特許第５、３４０、６９４号（特に第２１〜５８頁、但し、（ＸＩ）、（ＸII）、（ＸIII）に示されている色素において、n₁₂、n₁₅、n₁₇、n₁₈の数は限定せず、０以上の整数（好ましくは４以下）とする。）に記載されている、一般式及び具体例で示された部分構造、又は構造を持つ色素も好ましく用いることができる。

これらの有機化合物層は、乾式成膜法あるいは湿式成膜法により成膜される。乾式成膜法の具体的な例としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法，ＭＢＥ法等の物理気相成長法あるいはプラズマ重合等のＣＶＤ法が挙げられる。湿式成膜法としては、キャスト法、スピンコート法、ディッピング法、ＬＢ法等が用いられる。
可視光に吸収を有する化合物として高分子化合物を用いる場合は、作成の容易な湿式成膜法により成膜することが好ましい。蒸着等の乾式成膜法を用いた場合、高分子を用いることは分解のおそれがあるため難しく、代わりとしてそのオリゴマーを好ましく用いることができる。
一方、低分子を用いた場合、共蒸着等の乾式成膜法により成膜することが好ましい。

有機・無機ハイブリッド方式は、TiO₂、ZnO、SnO₂、ZnS、CdS、ZnSe、CdSeなどの酸化物、硫化物、およびそれらの混晶から基板を選択することができる。基板はナノ粒子の集合体、焼結体、薄膜、細孔を施した薄膜、それらの混合体から出来るだけ被表面積が大きい材料を選択することが好ましい。これらの表面を利用して分光増感型の色素を吸着させる必要がある。分光増感型の色素として、写真工業、電子写真、色増感太陽電池などで知られている種々の色素を選択することが出来る。

基板の粒径は、一般にnmからμmのレベルであるが、投影面積を円に換算したときの直径から求めた一次粒子の平均粒径は1〜200nmであるのが好ましく、1〜10nmがより好ましい。
種類の異なる２種以上の基板を混合して用いてもよい。
基板の作製法としては、作花済夫の「ゾル−ゲル法の科学」アグネ承風社(1998年)、技術情報協会の「ゾル−ゲル法による薄膜コーティング技術」(1995年)等に記載のゾル−ゲル法、杉本忠夫の「新合成法ゲル−ゾル法による単分散粒子の合成とサイズ形態制御」、まてりあ，第35巻，第９号，1012〜1018頁(1996年)に記載のゲル−ゾル法が好ましい。またDegussa社が開発した塩化物を酸水素塩中で高温加水分解により酸化物を作製する方法も好ましい。

基板が酸化チタンの場合、上記ゾル−ゲル法、ゲル−ゾル法、塩化物の水素塩中での高温加水分解法はいずれも好ましいが、さらに清野学の「酸化チタン物性と応用技術」技報堂出版(1997年)に記載の硫酸法及び塩素法を用いることもできる。さらにゾル−ゲル法として、Barbeらのジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサエティー，第80巻，第12号，3157〜3171頁(1997年)に記載の方法や、Burnsideらのケミストリー・オブ・マテリアルズ，第10巻，第９号，24 19〜2425頁に記載の方法も好ましい。

半導体微粒子を塗布するには、半導体微粒子の分散液又はコロイド溶液を塗布する方法の他に、ゾル−ゲル法等を使用することもできる。また、金属を酸化する方法、金属溶液から配位子交換等で液相にて析出させる方法(LPD法)、スパッタ等で蒸着する方法、CVD法、あるいは加温した基板上に熱分解する金属酸化物プレカーサーを吹き付けて金属酸化物を形成するSPD法を利用することもできる。
半導体微粒子の分散液を作製する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他に、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、又は半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。

塗布方法としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法等、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法、アプリケーションとメータリングを同一部分にできるものとして、特公昭58-4589号に開示されているワイヤーバー法、米国特許2681294号、同2761419号、同2761791号等に記載のスライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法等が好ましい。また汎用機としてスピン法又はスプレー法も好ましい。湿式印刷方法としては、凸版、オフセット及びグラビアの３大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等が好ましい。これらの中から、液粘度やウェット厚さに応じて、好ましい製膜方法を選択する。

基板を電極上に塗布した後で基板微粒子同士を電子的に接触させるとともに、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるために、これを加熱処理するのが好ましい。好ましい加熱温度の範囲は40〜700℃であり、より好ましくは100〜600℃である。また加熱時間は10分〜10時間程度である。

基板は、多くの色素を吸着することができるように大きい表面積を有することが好ましい。半導体微粒子の層を支持体上に塗布した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であるのが好ましく、さらに100倍以上であるのが好ましい。この上限は特に制限はないが、通常1000倍程度である。

感光層に用いる増感色素は、可視域や近赤外域に吸収を有し、半導体を増感しうる化合物なら任意に用いることができ、有機金属錯体色素、メチン色素、ポルフィリン系色素又はフタロシアニン系色素が好ましく、メチン色素が好ましい。
本発明に使用する色素の好ましいメチン色素は、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素等のポリメチン色素である。本発明で好ましく用いられるポリメチン色素の例としては、特開平11-35836号、特開平11-67285号、特開平11-86916号、特開平11-97725号、特開平11-158395号、特開平11-163378号、特開平11-214730号、特開平11-214731号、特開平11-238905号、特開2000-26487号、欧州特許892411号、同911841号及び同991092号の各明細書に記載の色素が挙げられる。

無機粒子・薄膜方式は、可視光を吸収する無機化合物を選択する必要がある。それらの例として、カルコゲナイド、酸化物、ＩＩＩ−Ｖ族などがある。代表的なものとしてCdSe・CdSなどがある。無機化合物の微粒子の集合体、焼結体、薄膜は電磁波吸収・光電変換部位として好ましい。また目的の可視吸収を持つ無機化合物と持たない化合物を複合化した材料も有用であり、可視吸収微粒子を他方で分散した形態、あるいは両者が層状をなす形態など種々のものから選択できる。無機微粒子化合物のサイズとサイズ分布を制御することにより、ナノ粒子の量子ドット効果を利用した吸収スペクトルの調整法は本発明に対して非常に好ましい。その一例として、ＣｄＳｅのナノサイズ粒子は粒子サイズにより吸収スペクトルが調整でき、例えば、２nm前後で青光吸収を、５nm前後で緑光吸収を、８nm前後で赤光吸収を持たせることが出来る。従って、サイズとサイズ分を調整することにより、好ましいスペクトル作成することが可能となり本発明に対して好ましい。

カルコゲン化カドミウム半導体超微粒子を内核（コア；Ｃｏｒｅ）としカルコゲン化亜鉛半導体を外殻（シェル；Ｓｈｅｌｌ）としたコア−シェル型と通称されている半導体超微粒子の製法はB.O.Dabbousi他J.Phys.Chem.B vol.101,(1997)9463-9475に記載されている。硫化亜鉛（ＺｎＳ）やＣｄＳ等の硫化物シェルを逆ミセル法や水溶液反応等の半導体超微粒子が水と接触する反応方法により形成する例が報告されている。即ち、Ｂ．Ｓ．Ｚｏｕら；ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，７２巻，４３９−４５０（１９９９）にはＣｄＳコアへのＺｎＳシェルの形成について（他にＣｄ（ＯＨ）2とＣｄＯをシェル材料として検討）、Ｌ．Ｘｕら；Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．，３５巻，１３７５−１３７８（２０００）にはＣｄＳｅコアへのＣｄＳシェルの形成について報告されている。
これらの半導体超微粒子を電極上に塗設する手段としては、公知の手段を利用することが出来、例えば、有機溶媒の分散液を作成してスピンコートにより塗設することが出来る。

本発明の多層積層多画素撮像素子は、公知の集積回路などの製造に用いるいわゆるミクロファブリケーションプロセスにしたがって製造することができる。
基本的には、この方法は活性光や電子線などによるパターン露光（水銀のｉ，ｇ輝線、エキシマレーザー、さらにはX線、電子線）、現像及び／又はバーニングによるパターン形成、素子形成材料の配置（塗設、蒸着、スパッタ、CVなど）、非パターン部の材料の除去（熱処理、溶解処理など）の反復操作による。
典型例を図４と図８を参照しながら説明する。図８は、製造プロセスの説明のためにそのごく一部を示したものであり、図８ａは出発素材である下地の平面図と率面図である。図４に示すN-subと記された下地の表面にソース用，ドレイン用の不純物領域と、ゲート絶縁膜８を介して形成されたゲート電極とが形成され、ゲート絶縁膜８及びゲート電極の上部にはさらに絶縁膜が積層されて平坦化され、その上に、図示しない遮光膜が積層される。遮光膜は、多くの場合、金属薄膜で形成されるため、更にその上に絶縁膜が形成されて図８ｂに平面図と立面図によって示された半導体基板が作られる（図４の２本の矢印の絶縁層より下側）。

このような構成の半導体基板上に、受光部となる光電変換膜を積層する。先ず、基板の絶縁膜上に、画素毎に区分けした対向電極膜を形成する。それには、この対向電極膜上にレジスト膜を塗設し、電極穴を作る（図８ｃ）。次いで柱状の電極が蒸着又は塗設が行われたのち、図８ｄに示すようにレジスト膜は除去されて電極穴に電極が設けられる。この電極によって、下地の高濃度不純物領域と導通させる。この柱状の電極は、対向電極膜及び高濃度不純物領域以外とは電気的に絶縁される。
このようなレジスト塗設と塗膜上へのパターン描画（又は電子線やX線の直接描画）、レジスト除去、バ−ニングの反復がなされて画像素子が製造される。

図８ｂの基板上に図８ｃ，ｄによってコンタクトホールが設けられると同様のプロセスの反復により、対向電極膜の上に、例えば赤色検出用の光電変換膜を画素毎に区分けして積層し、更にその上部に、同様に透明の共通電極膜を積層する。

この共通電極膜の上に、画素毎に区分けした緑色検出用の光電変換膜を積層し、その上部に、画素毎に区分けした透明の対向電極膜を積層する。この対向電極膜は、柱状の電極によって、対応画素の高濃度不純物領域に導通される。この柱状の電極は、対向電極膜及び高濃度不純物領域以外とは電気的に絶縁される。

対向電極膜の上には、透明の絶縁膜が積層され、その上に、画素毎に区分けされた透明の対向電極膜が積層される。各対向電極膜は、夫々柱状の電極によって、対応画素の高濃度不純物領域に導通される。この柱状の電極は、対向電極膜及び高濃度不純物領域以外とは電気的に絶縁される。

対向電極膜の上には、画素毎に区分けした青色検出用の光電変換膜が積層され、その上に、透明の共通電極膜が積層され、最上層に透明の保護膜が積層される。

このような構成の光電変換膜積層型固体撮像素子では、被写体からの光が入射すると、青色光の入射光量に応じた光電荷が光電変換膜で発生し、共通電極膜と対向電極膜との間に電圧が印加されると青色光の光電荷が高濃度不純物領域に流れる。

同様に、入射光のうちの緑色光の光量に応じた光電荷が光電変換膜で発生し、共通電極膜と対向電極膜との間に電圧が印加されると緑色光の光電荷が高濃度不純物領域に流れる。

同様に、入射光のうちの赤色光の光量に応じた光電荷が光電変換膜で発生し、共通電極膜と対向電極膜との間に電圧が印加されると緑色光の光電荷が高濃度不純物領域に流れる。そして、各高濃度不純物領域の信号電荷に応じた信号が、例えばＭＯＳ回路によって外部に読み出される。

上記説明では、光吸収・光電変換層が、赤、緑及び青の３感光層の場合について述べたが、青緑層（ＧＢ中間色：エメラルド色）など更なる光吸収・光電変換層が付加された画素ユニットの場合も上記と同様に重層することができて、入射光の吸収・光電変換過程も上記同様に進行する。

なお、この実施形態は、半導体基板に形成したＭＯＳ回路で信号を読み出す構成としたが、色信号蓄積用の高濃度不純物領域の蓄積電荷を、従来のＣＣＤ型イメージセンサと同様に、垂直転送路に沿って移動させ、水平転送路に沿って外部に読み出す構成とすることもできる。

＜撮像素子の利用の態様＞
本発明の撮像素子は、デジタルスチルカメラに利用することが出来る。また、TVカメラに用いることも好ましい。その他の用途として、デジタルビデオカメラ、下記用途などでの監視カメラ（オフィスビル、駐車場、金融機関・無人契約機、ショッピングセンター、コンビニエンスストア、アウトレットモール、百貨店、パチンコホール、カラオケボックス、ゲームセンター、病院）、その他各種のセンサー（テレビドアホン、個人認証用センサー、ファクトリーオートメーション用センサー、家庭用ロボット、産業用ロボット、配管検査システム）、医療用センサー（内視鏡、眼底カメラ）、テレビ会議システム、テレビ電話、カメラつきケータイ、自動車安全走行システム（バックガイドモニタ、衝突予測、車線維持システム）、テレビゲーム用センサーなどの用途に用いることが出来る。

中でも、本発明の撮像素子は、テレビカメラ用途としても適するものである。その理由は、色分解光学系を必要としないためにテレビカメラの小型軽量化を達成することが出来るためである。また、交換度で高解像力を有することから、ハイビジョン放送用テレビカメラに特に好ましい。この場合のハイビジョン放送用テレビカメラとは、デジタルハイビジョン放送用カメラを含むものである。
更に、本発明の撮像素子においては電磁波吸収・光電変換部位を実質的に赤外光に対して感度を持たないように作成することができる為、光学ローパスフィルターを不要とすることが出来、更なる高感度、高解像力が期待できる点で好ましい。

更に、本発明の撮像素子においては厚みを薄くすることが可能であり、かつ色分解光学系が不要となる為、「日中と夜間のように異なる明るさの環境」、「静止している被写体と動いている被写体」など、異なる感度が要求される撮影シーン、その他分光感度、色再現性に対する要求が異なる撮影シーンに対して、本発明の撮像素子を交換して撮影する事により1台のカメラにて多様な撮影のニーズにこたえることが出来、同時に複数台のカメラを持ち歩く必要がない為、撮影者の負担も軽減する。交換の対象となる撮像素子としては、上記の他に赤外光撮影用、白黒撮影用、ダイナミックレンジの変更を目的に交換撮像素子を用意することが出来る。

本発明のTVカメラは、映像情報メディア学会編、テレビジョンカメラの設計技術（1999年8月20日、コロナ社発行、ISBN 4-339-00714-5）第2章の記述を参考にし、例えば図２．１テレビカメラの基本的な構成の色分解光学系及び撮像デバイスの部分を、本発明の撮像素子と置き換えることにより作製することができる。

本発明の説明のために参考として示す汎用ＣＣＤの水平方向の断面構造図である。 参考として示すFoveon型の無機半導体の積層型画像素子の画素構造を示す断面図である。 参考として示すハイブリッド型積層型画像素子の画素構造を示す断面図である。 本発明の典型的な多層積層多画素撮像素子の断面図である。 本発明の多層積層多画素撮像素子の光電変換部位と信号読み取り・転送部位の構成をさらに具体的に示す斜視図である。 典型的な有機薄膜型の電磁波吸収・光電変換部位の動作原理を模式的に示す図である。 単層色素／無機基板分光増感型の感光ユニットの構成と動作原理を模式的に示した図である。 本発明の多層積層多画素撮像素子の製造初期プロセスａ〜ｄを説明のために模式的に示した図である。

Claims (21)

1. 異なる波長の電磁波を吸収し、光電変換しうる複数の電磁波吸収層、各電磁波吸収層を挟む一対の電極、電荷伝送・電荷読み出し部位、及び該一対の電極の少なくとも一方と電荷伝送・電荷読み出し部位とを連結する複数のコンタクト部位から少なくとも構成される画素ユニットを有する撮像素子であって、画素サイズ（多層の電磁波吸収層の内、最大の面積を与える電磁波吸収層と同じ面積の円相当直径）よりも上記画素ユニットが有する電極の中で両最外側にある電極の最外表面間の長さの方が小さいことを特徴とする多層積層多画素撮像素子。
2. 上記複数の電磁波吸収層のうちの少なくとも一層が、青光、緑光、赤光、紫外光、赤外光、Ｘ線及びγ線のうちのいずれかを吸収し、光電変換することを特徴とする請求項１記載の多層積層多画素撮像素子。
3. 上記複数の電磁波吸収層が少なくとも３層の電磁波吸収層を有し、該３層がそれぞれ４００〜５００ｎｍの青光、５００〜６００ｎｍの緑光及び６００〜７００ｎｍの赤光を吸収し、光電変換することを特徴とする請求項１記載の多層積層多画素撮像素子。
4. 上記電荷伝送・電荷読み出し部位が、電荷移動度１００cm²／volt・sec以上の半導体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
5. 上記電荷伝送・電荷読み出し部位が、ＣＭＯＳ構造又はＣＣＤ構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
6. 複数のコンタクト部位が金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
7. 複数のコンタクト部位は、青光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位、緑光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位、及び赤光用取り出し電極と電荷転送・読み出し部位をそれぞれ連結する少なくとも３つのコンタクト部位を含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
8. 画素サイズが、２〜２０μｍである請求項１〜７のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
9. 撮像素子の画素数が１〜１００Ｍピクセルである請求項１〜８のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
10. 複数の電磁波吸収層が、全体で、入射する４００〜７００ｎｍの可視光の４０％以上を吸収し、光電変換することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
11. 複数の電磁波吸収層のうち最大の開口率を有する電磁波吸収層の開口率が７０％以上である請求項１〜１０のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
12. 複数の電磁波吸収層が、少なくとも青光、青緑光、緑光及び赤光を吸収する４層の電磁波吸収層を含有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
13. 青光吸収用電磁波吸収層、緑光吸収用電磁波吸収層及び赤光吸収用電磁波吸収層の少なくともいずれか一つの電磁波吸収層が、二層以上の電磁波吸収層から構成されていることを特徴とする請求項３〜１２のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
14. 少なくとも一つの電磁波吸収層が、有機化合物膜を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
15. 少なくとも一つの電磁波吸収層が、複数の有機化合物膜を有することを特徴とする請求項１４に記載の多層積層多画素撮像素子。
16. 少なくとも一つの電磁波吸収層が、酸化物又はカルコゲナイド半導体と分光増感色素を含有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
17. 少なくとも一つの電磁波吸収層が、無機化合物粒子、無機化合物薄膜、又はそれらの複合体を含有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の多層積層多画素撮像素子。
18. 請求項1〜１７のいずれかに記載の撮像素子を用いることを特徴とする放送用テレビカメラ。
19. 光学ローパスフィルタを用いないことを特徴とする請求項１８に記載の放送用テレビカメラ。
20. 前記撮像素子が交換可能であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の放送用テレビカメラ。
21. 前記放送用テレビカメラがハイビジョン放送用であることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれかに記載の放送用テレビカメラ。

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